黄瓜幼苗对硝酸钙胁迫耐受性研究

郑少文,邢国明,亢秀萍,孙胜,李森

(山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 030801)

由于设施内部特殊的水分运行规律，加之肥料施用不合理、地下水位上升等因素影响，容易造成设施内土壤盐分积累[1]，尤其是硝酸盐含量增加，造成土壤次生盐渍化。土壤次生盐渍化不仅影响蔬菜的产量还影响蔬菜的质量安全，会对人们的身体健康造成危害[2]。

我国北方设施土壤中的阳离子以Ca2+为主，占土壤盐分阳离子总量的60%以上；阴离子以NO3-为主，约占阴离子总量的67%～76%[3]。硝酸钙大量积累是引发北方设施作物生理障碍的主导因子。

目前关于黄瓜盐胁迫的研究主要集中在Cl-、Na+对其的胁迫作用[4,5]，以及Ca2+对盐胁迫下黄瓜生理特性及光合特性的影响[5]，而对NO3-及Ca2+本身对黄瓜的胁迫作用研究较少。

本试验以“津春四号”黄瓜幼苗为材料，通过溶液培养方法研究了不同浓度硝酸钙溶液对其幼苗生长的影响，旨在为设施黄瓜抗盐栽培及新品种选育提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

津春四号。

1.2 试验方法

选取籽粒饱满的黄瓜种子，55℃热水烫种5 min，30℃温水浸种4 h，将种子取出置于铺有双层纱布的培养皿中，28℃恒温暗光催芽24 h。选取发芽整齐一致的种子播于装有石英砂的育苗盘中，待子叶展开后，开始浇灌1/3剂量的山崎黄瓜专用配方营养液[7]。幼苗二叶一心时，挑选整齐一致的植株定植于装有35 L 山崎黄瓜专用配方营养液的水槽中，气泵间歇通气(30 min·h-1) 培养。

当植株第三片真叶初展时，开始进行硝酸钙胁迫。试验以硝酸钙浓度为3.5 mmol·L-1常规营养液作对照，分别设置硝酸钙浓度为25、50、75、100 mmol·L-1的4个处理，每个处理进行3次重复，每重复20株。

1.3 测定方法

1.3.1 生长指标

生长指标测定开始于硝酸钙处理第10天，每个重复取10株幼苗测量株高(子叶节到生长点)、茎粗(子叶节下1cm)、根长(根茎结合处到主根根尖)、地上部干鲜重、地下部干鲜重等生长指标。

1.3.2 生理生化指标

生理生化指标于硝酸钙胁迫后第0、3、6、9 天选取第2片真叶进行测定。叶绿素含量采用丙酮乙醇混合液提取法[8]测定。可溶性蛋白采用考马斯亮蓝染色法[8]测定。游离脯氨酸采用酸性茚三酮法[8]进行测定。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法[8]测定。电解质渗透率采用电导法[8]测定。

采用Excel作图，试验数据采用SAS 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗形态指标的影响

从表1看出，硝酸钙胁迫9 d后，黄瓜幼苗的各生长参数指标均有不同程度的降低，表明Ca(NO3)2胁迫对黄瓜幼苗生长具有抑制作用，且随着Ca(NO3)2胁迫浓度的提高，植株生长受抑制程度逐渐增强。25～75 mmol·L-1，植株的株高、茎粗、根长同对照相比差异显著。100 mmol·L-1Ca(NO3)2胁迫下，各形态指标受到的影响最大，其株高、茎粗、根长与对照相比分别降低了17.5%、19%，39.8%，差异达到极显著水平。Ca(NO3)2处理后黄瓜植株的鲜质量和干质量均显著降低，根冠比有所升高。处理9 d后，鲜质量与对照相比下降了55%。

表1 不同浓度硝 酸钙胁迫对黄瓜幼苗形态指标的影响

注：数字后的字母表示Duncan's新复极差检验结果，同行不同字母表示处理间差异达显著水平(P<0.05)。

Note:The letters after data indicate the result according to Duncan's Multiple Range Test. Different small letters within same row mean difference at P<0.05 level.

2.2 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗光合色素含量的影响

如图1所示，黄瓜幼苗经硝酸钙胁迫后，幼苗体内叶绿素含量均呈现先升高再下降的趋势。在25和50 mmol·L-1硝酸钙胁迫下，幼苗叶片中叶绿素含量高于对照，并且在50 mmol·L-1达到最大值，在75和100 mmol·L-1的硝酸钙浓度下基本呈下降趋势。可见，低浓度硝酸钙胁迫不仅没有使黄瓜叶片叶绿素含量降低，反而有一定的促进作用。硝酸钙胁迫后幼苗叶片中类胡萝卜素含量先升高后降低。

图1 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗光合色素含量的影响Fig.1 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on chlorophyll content of cucumber seedlings注：数字后的字母表示Duncan's新复极差检验结果，同行不同字母表示处理间差异达显著水平(P<0.05)。图2～图5同。Note:The letters after data indicate the result according to Duncan's Multiple Range Test. Different small letters within same row mean difference at P<0.05 level.The significance of the letter in Fig.2～Fig.5 is the same.

2.3 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗渗透调节物质的影响

2.3.1 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗脯氨酸含量的影响

对不同胁迫处理间的差异显著性进行多重比较，结果(图2)表明，与对照相比,4个不同浓度硝酸钙处理均能提高黄瓜叶片的脯氨酸含量。硝酸钙浓度在3.5～50 mmol·L-1之间时，随硝酸钙浓度的升高黄瓜幼苗组织内游离脯氨酸含量均增加， 但不同处理之间差异不显著。当浓度达到100 mmol·L-1时，游离脯氨酸迅速积累，含量也达到最高，差异极显著。

图2 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗脯氨酸含量的影响Fig.2 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on proline content of cucumber seedlings

2.3.2 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响

可溶性蛋白与脯氨酸同属于渗透调节物质。由图3可见，黄瓜幼苗中的可溶性蛋白在硝酸钙浓度为3.5、25、50 mmol·L-1时缓慢增加，不同处理之间差异不显著，这与硝酸钙胁迫下脯氨酸含量变化结果相一致。处理浓度为50 mmol·L-1时可溶性蛋白含量最高。与对照相比，黄瓜幼苗随着时间的延长，可溶性蛋白含量的升高幅度随之加大。随着硝酸钙浓度进一步提高，在100 mmol·L-1时黄瓜叶片蛋白质含量有所下降。

图3 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗可溶性蛋白含量的影响Fig.3 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on soluble protein content in leaves of cucumber seedlings

2.4 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗膜质过氧化程度的影响

2.4.1 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗MDA含量的影响

MDA是植物在盐胁迫下膜脂过氧化的终产物，其含量可以用来衡量膜脂过氧化的程度[9]。

如图4所示，硝酸钙胁迫后，黄瓜幼苗叶片中MDA含量均显著高于对照，并且随着时间的延长，MDA含量升高幅度增大，表明硝酸钙胁迫造成黄瓜幼苗膜质过氧化伤害，并且随硝酸钙处理浓度增大及处理时间的延长，膜质过氧化水平加剧。100 mmol·L-1硝酸钙胁迫下对幼苗伤害最大。

图4 Ca(NO3)2胁迫对黄瓜幼苗MDA含量的影响Fig.4 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on MDA content in leaves of cucumberSeedlings

2.4.2 硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗质膜透性的影响

由图5可见，在25、50 mmol·L-1硝酸钙胁迫下，黄瓜幼苗叶片电解质渗透率缓慢升高，与对照差异不显著。100 mmol·L-1硝酸钙胁迫下，电解质渗透率明显升高，在处理3 d、6 d、9 d后，相对电导率分别为对照的1.58倍、1.76倍，2.5倍。这表明在硝酸钙胁迫下，幼苗质膜透性随硝酸钙处理浓度的增大而持续增加，且随着处理时间的增加呈上升趋势。

3 结果与讨论

通过对各个指标的分析发现，75 mmol·L-1的硝酸钙浓度是黄瓜耐受硝酸钙的一个临界值，在此浓度下，黄瓜幼苗受到比较明显的伤害，但仍能维持其生长发育。硝酸钙浓度为100 mmol·L-1的营养液中，幼苗出现枯黄、萎蔫甚至死苗。后续试验中，脯氨酸含量和可溶性蛋白含量升高缓慢，这表明硝酸钙胁迫主要是通过细胞失水使黄瓜发生生理干旱，影响黄瓜生长。

图5 Ca(NO3)2胁迫对黄瓜幼苗相对电导率的影响Fig.5 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on relative electric conductivity of cucumber seedlings

Ca(NO3)2处理后黄瓜植株的鲜质量和干质量均显著降低，与前人研究的较高浓度NaCl降低黄瓜幼苗的地上部和根系干重的结论[10]相同。

在50 mmol·L-1前，光合色素的含量逐渐增加，在50 mmol·L-1后，光合色素的含量逐渐降低。本结论表明，在一定浓度范围内硝酸钙有利于维持黄瓜的叶绿素含量。与前人研究的Ca2+对水稻[11]、玉米[12]叶绿素含量的结论相同。

参 考 文 献

[1]李玉奇.设施盐渍化土壤离子互作及生态修复研究[D].上海：上海交通大学,2010：1-124.

[2]张金锦,段增强.设施菜地土壤次生盐渍化的成因、危害及其分类与分级标准的研究进展[J].土壤,2011,43(3):361-366.

[3]杨晓玉,胡淳淳,王秀峰,等.硝酸盐胁迫对黄瓜幼苗生长及镁、铁、铜、锰、锌含量的影响[J].山东农业科学,2008(8):61-6.

[4]刘凤兰,杜新民,秦爱萍.黄瓜幼苗对NaCl胁迫的生理响应[J].中国农学通报2013,29(22):178-182.

[5]黄韫宇,张海军,邢燕霞,等.NaCl胁迫对黄瓜种子萌发的影响及DNA甲基化的MSAP分析[J].中国农业科学,2013,46(8):1646-1656.

[6]张雪艳,李堃,马丽娟,等.Ca2+调控对黄瓜幼苗耐盐性生理指标的影响[J].北方园艺2013(13):5-8.

[7]李邵,薛绪掌.齐飞,等.不同营养液浓度对温室盆栽黄瓜产量与品质的影响[J].植物营养与肥料学报,2011,17(6):1409-1416.

[8]邹琦.植物生理学实验指导[M].北京:中国农业出版社,2000:159-160.

[9]徐玉伟,郭世荣,程玉静,等．Ca(NO3)2对盐胁迫下黄瓜幼苗生长及膜质过氧化的影响[J].中国蔬菜,2010(4):14-18.

[10]高洪波，周志男，吕桂云，等．NaCl胁迫下外源1-氨基丁酸对黄瓜幼苗生长和活性氧代谢的影响[J]．西北植物学报，2007，27(10)：2046-2051．

[11]朱晓军，杨劲松，梁永超，等.盐胁迫下钙对水稻幼茼光合作用及相关生理特性的影响[J]．中国农业科学，2004，37(10)：1497-1503．

[12]王玉风，王庆祥，商丽威.钙对NaCl胁迫下玉米幼苗保护酶活性等生理特性的影响[J]．干旱地区农业研究，2008，26(3)：119-123.